Python速習ガイド - ステップ2 制御フロー (3) - ループ (1)

「ステップ2 制御フロー」の続きです。

2.2. ループ

ループ（繰り返し）は、同じ処理を複数回実行するための制御フローです。
Pythonには主に2種類のループがあります：

1. for文：リストなどの各要素に対して処理を繰り返す
2. while文：条件がTrueである限り処理を繰り返す

2.2.1. for文

for文の基本

for文は、リストなどのイテラブル（繰り返し可能）なオブジェクトの各要素に対して、順番に処理を実行します。

• for fruit in fruits の行で、fruitsリスト内の各要素が順番にfruit変数に代入されます
• その下のインデントされたブロックが、fruitsの要素ごとに繰り返し実行されます

flowchart TD
    START[開始] --> INIT["fruits = ['apple', 'banana', 'orange']"]
    INIT --> FOR{"for fruit in fruits"}
    FOR -->|次の要素がない| END["ループ終了"]
    FOR -->|次の要素がある| LOOP_BODY["ループ処理\n(print(fruit))"]
    LOOP_BODY --> FOR

linkStyle 2 stroke:red,stroke-width:2px;
linkStyle 3 stroke:green,stroke-width:2px;

イテラブルとは

for文などの繰り返し処理の対象となるオブジェクトのことを イテラブル といいます。
Pythonでは以下のようなオブジェクトがイテラブルとして扱われます：

• リスト： ["apple", "banana", "orange"]
• タプル： (1, 2, 3)
• 集合： {1, 2, 3}
• 辞書： {"name": "Alice", "age": 25}
• 文字列： "Python"
• range関数の戻り値： range(5)

リスト・タプル・集合

辞書

辞書もイテラブルなオブジェクトであり、for文で使用するとキーの一覧を返します。
また、辞書の以下メソッドもイテラブルなオブジェクトを出力します:

• .keys()メソッド: キー一覧を出力する
• .values()メソッド: 値一覧を出力する
• .items()メソッド: キーと値のペアの一覧を出力する

• 上記の.items()メソッドの例では、アンパックを使用して、
  キーと値のペアを key と value に分解して処理を行っています。

文字列

文字列もイテラブルなオブジェクトの一種です。
for文で使用すると、1文字ごとの処理を行うことができます。

range関数

range関数を使用すると、指定範囲の数値を順に生成することができます。
range関数は、リストのスライスと類似した以下のような複数の使い方があります:

• range(stop): 0 ~ (stop - 1) の整数を順に生成する

• range(start, stop): start ~ (stop - 1) の整数を順に生成する

• range(start, stop, step): start ~ (stop - 1) の step 間隔の整数を順に生成する

スライスと同様に、stepにマイナスの数を指定すると逆順に生成します。

1 x 1 = 1
1 x 2 = 2
...
9 x 9 = 81

ループ制御文

break: ループの中断

break文を使うと、ループの途中で処理を中断して、ループから抜け出すことができます。

この例では、fruitsリストを順に処理していますが、「banana」を見つけた時点でbreak文によりループが中断されます。そのため、「orange」以降の要素は処理されません。

flowchart TD
    START[開始] --> INIT["fruits = ['apple', 'banana', 'orange', 'grape', 'melon']"]
    INIT --> FOR{"for fruit in fruits"}

    FOR -->|次の要素がない| END["ループ終了"]
    FOR -->|次の要素がある| ELEMENT_PROCESS

    subgraph ELEMENT_PROCESS[ループ処理]
        LOOP_START["ループ開始"] --> CHECK{"if fruit == 'banana'"}
        CHECK -->|No| NEXT["次の処理へ"]
        CHECK -->|Yes| BREAK["break\n(ループ中断)"]
    end

    NEXT --> FOR
    BREAK --> END

    style BREAK fill:#ffeb3b,stroke:#333,stroke-width:2px

    linkStyle 2 stroke:red,stroke-width:2px;
    linkStyle 3 stroke:green,stroke-width:2px;
    linkStyle 5 stroke:red,stroke-width:2px;
    linkStyle 6 stroke:green,stroke-width:2px;

continue: ループのスキップ

continue文は、現在のループ処理の残りをスキップし、次の繰り返しに進むための制御フロー文です。
breakがループ全体を終了するのに対し、continueは現在の1回分の繰り返しだけをスキップします。

この例では、リスト内の各数値をチェックし、偶数である場合はcontinue文で処理をスキップしています。そのため、奇数のみが表示されます。

flowchart TD
    START[開始] --> INIT["numbers = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]"]
    INIT --> FOR{"for num in numbers"}

    FOR -->|次の要素がない| END["ループ終了"]
    FOR -->|次の要素がある| ELEMENT_PROCESS

    subgraph ELEMENT_PROCESS[ループ処理]
        LOOP_START["ループ開始"] --> CHECK{"if num % 2 == 0"}
        CHECK -->|No| NEXT["次の処理へ\n(print(f'数値: {num}'))"]
        CHECK -->|Yes| CONTINUE["continue\n(次のループへ)"]
    end

    NEXT --> FOR
    CONTINUE --> FOR

    style CONTINUE fill:#80deea,stroke:#333,stroke-width:2px

    linkStyle 2 stroke:red,stroke-width:2px;
    linkStyle 3 stroke:green,stroke-width:2px;
    linkStyle 5 stroke:red,stroke-width:2px;
    linkStyle 6 stroke:green,stroke-width:2px;

break と continue の違い

ネストしたループ内の break と continue

ループをネスト（入れ子）にした場合、break と continue の動作は以下の通りです:

• break 文は、それを含む最も内側のループのみを終了します
• continue 文は、それを含む最も内側のループの現在の繰り返しだけをスキップします

for文の応用

enumerate関数：インデックス付きループ

enumerate関数は、イテラブルの各要素に対して、インデックス（位置）と値のペアを取得できます。

インデックスの開始値を変更することもできます：

zip関数：複数のイテラブルを同時に処理

zip関数は、複数のイテラブルを同時にループ処理する際に便利です。
(for文のネストと異なり、同じ位置のペアのみが必要な場合に使用します)

zipは最も短いイテラブルが終わると停止することに注意してください。

for-else文

forループにelse節を追加することができます。elseブロックは、ループが正常に終了した場合（breakで中断されなかった場合）に実行されます。

上記のように、for-else文を使用すると、リスト内の要素を検索して見つからなかった場合の処理を簡潔に書けます。

for文まとめ